土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法

土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)隨著全球人口的不斷增加，土地資源更加緊缺，人類生存環(huán)境受到了嚴(yán)重的威脅。掌握土地利用現(xiàn)狀和變化規(guī)律從而制定正確決策是各國(guó)政府追求的目標(biāo)。在我國(guó)，縣級(jí)行政區(qū)是土地資源管理的基本行政單元，它的土地利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)意義重大。由于傳統(tǒng)土地變更調(diào)查方法工期長(zhǎng)、誤差大、費(fèi)用高，給我國(guó)實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展造成了不利影響。航天遙感(RS:RemoteSensing)技術(shù)以其宏觀性、周期性，地理信息系統(tǒng)(GIS:GeographicalInformationSystem)以其對(duì)空間數(shù)據(jù)管理的有效性已在“小比例尺、低精度、大范圍、調(diào)查性”的資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作中得到了廣泛應(yīng)用，但在以“大比例尺、高精度”為特點(diǎn)的工作中還沒有應(yīng)用的先例。引入全球定位系統(tǒng)(GPS:GlobalPositioningSystem)，建立3S技術(shù)體系進(jìn)行土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是一個(gè)嶄新的思路。人類大規(guī)模的活動(dòng)與自然資源開發(fā)，已引起全球范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)境的迅速變化，而土地利用變化作為目前全球變化的主要原因之一，對(duì)它進(jìn)行遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究具有突出的現(xiàn)實(shí)意義。但是，一方面，目前土地利用遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)主要使用人機(jī)交互判讀的方式發(fā)現(xiàn)變化，或者利用光譜分類的方式提取變化信息。然而目視判讀的方式對(duì)判讀人員的要求較高，并且判讀的工作量非常巨大；分類的方法也存在精度不高的問題。這些不足嚴(yán)重制約了土地利用遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的推廣。另一方面，隨著衛(wèi)星分辨率的提高，遙感圖像中空間信息非常突出，如何利用遙感圖像豐富的紋理信息來提高土地利用遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的效率與精度，減小對(duì)操作人員的要求是值得研究的課題。隨著20世紀(jì)70年代以氣候動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)為開端，大批的地學(xué)。生物學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等諸多領(lǐng)域的學(xué)者投入對(duì)全球變化及其影響的研究工作中。隨著研究的進(jìn)展，作為引起全球變化的兩大基本人類因素之一的土地利用與土地覆蓋變化在全球變化中所發(fā)揮的作用，引起人們極大的關(guān)注，對(duì)其研究也進(jìn)入到了一個(gè)新的階段。在土地利用和土地覆蓋變化研究中已經(jīng)采用了多種模擬方法。許多土地利用模擬模型選用統(tǒng)計(jì)方法來分析空間數(shù)據(jù)，如在CLUE模型和GEOMOD使用統(tǒng)計(jì)方法來分析柵格空間數(shù)據(jù)，這些方法是把研究區(qū)細(xì)分為許多柵格單元，用一系列自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)變量來描述，通過回歸分析選取一系列變量來定量地描述土地利用格局變化。這些變量就是所謂的土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力。土地利用變化的動(dòng)態(tài)信息包括區(qū)域土地利用變化的類型、位置和數(shù)量等信息，特別是耕地。居民點(diǎn)及工礦用地的變化以及閑置土地等。我國(guó)已經(jīng)建立對(duì)全國(guó)重點(diǎn)城市建設(shè)用地規(guī)模擴(kuò)展和耕地變化情況的監(jiān)測(cè)體系，分析全國(guó)土地利用的變化趨勢(shì)和全國(guó)年度土地利用平衡面積估計(jì)，有重點(diǎn)地核查地方上報(bào)的土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)的真是程度。為實(shí)現(xiàn)耕地總量動(dòng)態(tài)平衡的宏偉目標(biāo)，必須有計(jì)劃地進(jìn)行土地整理、土地開發(fā)和土地復(fù)墾。為保證這些土地管理措施的正確實(shí)施及經(jīng)費(fèi)的合理利用，必須準(zhǔn)確地掌握區(qū)域以及全國(guó)耕地變化的情況。農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整反映土地利用用途的變化，及時(shí)掌握這些信息可為土地利用用途關(guān)管制及農(nóng)用地的管理服務(wù)。從以上的論述中可知，由于分辨率和遙感圖像分類準(zhǔn)確率等原因，僅僅依靠遙感數(shù)據(jù)尚不能準(zhǔn)確獲取土地利用變化信息，滿足不了1:1萬比例尺的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)要求。但是利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)土地利用類型的變化“靶區(qū)”，卻是十分有用。在傳統(tǒng)的土地管理中，僅靠用地申報(bào)數(shù)據(jù)來確定變化，但不能及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握變化的空間位置、屬性和數(shù)量，存在占用土地不報(bào)或少報(bào)等現(xiàn)象。遙感手段的運(yùn)用，不僅可主動(dòng)發(fā)現(xiàn)變化，而且排除了人為干擾。但是，目前常用的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的分辨率尚不能滿足1:1萬比例尺的成圖要求，必須運(yùn)用DGPS精確地獲取變化的數(shù)量信息。由于遙感數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)都是以數(shù)字方式存貯，因此可以十分方便地輸入到GIS系統(tǒng)中，并與土地詳查本底數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析與集成。綜上所述，我們歸納出基于RS、GIS和GPS集成技術(shù)的土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)新方法。我國(guó)國(guó)土幅員廣闊，土地利用動(dòng)態(tài)性強(qiáng)。遙感(RS)是一種快速獲取地面宏觀信息的技術(shù)手段，結(jié)合全球定位系統(tǒng)(GPS)以及地理信息系統(tǒng)(GIS)就可以準(zhǔn)確、客觀、及時(shí)、大面積地得到土地利用現(xiàn)狀信息，為土地利用管理科學(xué)制定相應(yīng)的政策服務(wù)。因此，基于“3S”技術(shù)的土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法應(yīng)運(yùn)而生。許多單位在這方面做過大量的工作，并取得了不小的成績(jī)。這種方法是利用不同時(shí)相的遙感影像［1］或不同時(shí)相的遙感影像與土地詳查圖，通過人機(jī)交互判讀的方式定性地發(fā)現(xiàn)變化的靶區(qū)(Target)，即：變更地塊，再利用GPS實(shí)地測(cè)出變化的信息。但是這種目視判讀的方式不僅對(duì)判讀人員的要求較高，而且判讀的工作量也非常巨大；這兩點(diǎn)嚴(yán)重制約了土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的推廣。土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)面臨的實(shí)際情況與一般的遙感監(jiān)測(cè)有所不同：土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)施單位通常具有前一時(shí)相的土地利用狀況矢量數(shù)據(jù)。一般來講，以一年為一個(gè)土地利用變更調(diào)查時(shí)段的土地利用狀況變化不會(huì)太大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一個(gè)土地管理行政區(qū)變化地塊在10%?20%之間。在這一特定的數(shù)據(jù)背景下，使用現(xiàn)勢(shì)的高分辨率的遙感數(shù)據(jù)圖像資料，開發(fā)圖像處理與判讀技術(shù)，定位定量地自動(dòng)判定這種用地變更狀況、制作土地利用變更圖件是遙感技術(shù)應(yīng)用于國(guó)土資源管理的一個(gè)研究課題。土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是土地管理部門的一項(xiàng)重要而繁重的工作，土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的目的就是準(zhǔn)確而快速的發(fā)現(xiàn)土地利用狀況的變化并獲取變化的信息。土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)的方法受技術(shù)條件的限制,只能是利用用地單位的上報(bào)、登記數(shù)據(jù)，被動(dòng)的了解變化,并且獲取數(shù)據(jù)的精度較差。由于傳統(tǒng)的土地管理中只能被動(dòng)地由用地部門上報(bào)用地?cái)?shù)字，存在誤報(bào)、漏報(bào)的問題，而且對(duì)于變化地塊的空間性質(zhì)不清楚。采用遙感手段則可以主動(dòng)發(fā)現(xiàn)變化區(qū)域，空間位置一目了然?？紤]到目前遙感影像的計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類的精度不高和充分利用人的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，采用交互式屏幕數(shù)字化提取變化區(qū)域的方法。具體做法是：將疊加后的圖象顯示在屏幕上，通過人機(jī)交互判讀發(fā)現(xiàn)地塊變化，用不同顏色的符號(hào)標(biāo)注出來（包括屬性）。判讀完成后將結(jié)果回放輸出，供GPS野外測(cè)量使用。在郊區(qū)縣前明鄉(xiāng)的試點(diǎn)證明，用TM遙感影像可以很好地發(fā)現(xiàn)土地利用的變化。該鄉(xiāng)實(shí)際變化地塊為106處，通過遙感手段發(fā)現(xiàn)98處，其中有10塊是人工手段難于發(fā)現(xiàn)而借助遙感手段較易發(fā)現(xiàn)。對(duì)于面積太小，遙感手段不能發(fā)現(xiàn)的地塊，以用地部門上報(bào)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。由此，我們得出一個(gè)結(jié)論，遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)不僅是土地管理部門的重要工作內(nèi)容，而且直接關(guān)系到區(qū)域國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)的土地利用更新和管理方法不符合信息時(shí)代的要求，探索新的方法具有重要意義。從“六.五”以來遙感（RS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，全球定位系統(tǒng)（GPS）從1993年以來在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展很快。但是如何運(yùn)用RS、GIS和GPS等高新技術(shù)建立大比例尺土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)用技術(shù)，是一個(gè)值得進(jìn)一步研究的課題。通過在XX市郊區(qū)的實(shí)驗(yàn)，基本上建立了基于RS、GIS和GPS技術(shù)的土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)新方法。該方法與傳統(tǒng)方法相比較具有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)運(yùn)用遙感可以主動(dòng)發(fā)現(xiàn)土地利用的變化信息，提取變化地塊的大致區(qū)域；而傳統(tǒng)方法只能被動(dòng)地由用地單位或個(gè)人申報(bào)，存在少報(bào)和漏報(bào)的情況，增加了監(jiān)測(cè)的客觀性。此外，運(yùn)用TM數(shù)據(jù)成本低，能夠較好地發(fā)現(xiàn)變化區(qū)域，尤其是非農(nóng)業(yè)用地。在XX鄉(xiāng)試點(diǎn)中，全鄉(xiāng)1991年到1998年共有變化地塊106塊，其中通過遙感手段發(fā)現(xiàn)98塊，發(fā)現(xiàn)率為91%。(2)以GPS作為測(cè)量工具不僅快速而且精度高，可全天侯作業(yè)，測(cè)量操作簡(jiǎn)便。拿在XX鄉(xiāng)試點(diǎn)中采用的ProMarkX-CMGPS接收機(jī)為例，測(cè)量精度在2?5m以內(nèi)，這是傳統(tǒng)方法無法比擬的。(3)與傳統(tǒng)成圖方式相比，GIS的優(yōu)勢(shì)是公認(rèn)的。最重要的一點(diǎn)是數(shù)字地圖可以十分方便、快捷進(jìn)行空間分析、綜合、提取和修改。而且成圖周期短、成本低。此外GIS可以在日常地籍管理中發(fā)揮重要的作用，擯棄傳統(tǒng)卡片的管理方式。(4)GPS測(cè)量數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)都是以數(shù)字方式存儲(chǔ)，可以直接輸入GIS系統(tǒng)成圖，避免了傳統(tǒng)方法中多次轉(zhuǎn)繪、清繪帶來的誤差。(5)運(yùn)用3“S”集成技術(shù)可以較好地完成縣級(jí)1:10000比例尺的土地資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，為土地變更調(diào)查和登記提供了一個(gè)新的手段。與傳統(tǒng)方法相比較，不僅提高了數(shù)據(jù)